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137-2866-5346拉伸強度是指材料在拉伸之前能夠承受的最大應(yīng)力。某些非脆性材料在破裂前會變形,但Kevlar?(芳綸)纖維、碳纖維和E-玻璃纖維易碎,并且?guī)缀鯖]有變形而破裂。拉伸強度以單位面積的力(Pa或Pascals)度量。
應(yīng)力是力,應(yīng)變是由于應(yīng)力引起的撓度。下表顯示了三種常用增強纖維:碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維及環(huán)氧樹脂拉伸強度對比,值得注意的是這些數(shù)字僅供比較,它們可以隨制造工藝、環(huán)氧樹脂的成分、芳綸配方、碳纖維的前驅(qū)體纖維等變化,單位為MPa。
當(dāng)比較三種材料的密度時,就可以看到三種纖維的顯著差異。如果制作3個大小和重量完全相同的樣品,很快就會發(fā)現(xiàn)Kevlar?纖維要輕得多,碳纖維緊隨其后,E-玻璃纖維最重。
因此,對于相同重量的復(fù)合材料,碳纖維或Kevlar?可以獲得更高的強度。換句話說,用碳纖維或Kevlar?復(fù)合材料制成的任何需要給定強度的結(jié)構(gòu),要比用玻璃纖維制成的結(jié)構(gòu)更小或更薄。
制作完樣品并進行測試后,會發(fā)現(xiàn)玻璃纖維復(fù)合材料的重量幾乎是Kevlar?或碳纖維層壓板的兩倍。這就意味著,使用Kevlar?或碳纖維可以節(jié)省很多重量。此特性稱為強度重量比。
楊氏模量是彈性材料剛度的量度,是描述材料的一種方法。它定義為單軸(在一個方向上)應(yīng)力與單軸應(yīng)變(在同一方向上的變形)的比率。楊氏模量=應(yīng)力/應(yīng)變,也就是說楊氏模量高的材料比楊氏模量低的材料更硬。
碳纖維、Kevlar?和玻璃纖維的剛度差別很大。碳纖維的剛度約為芳綸纖維的兩倍,而剛度則比玻璃纖維高5倍。碳纖維出色剛度的缺點是,它往往更脆。當(dāng)它失效時,它往往不會表現(xiàn)出太大的應(yīng)變或變形。
Kevlar?和碳纖維均耐高溫,兩者都沒有熔點。兩種材料均已用于防護服和耐火的織物。玻璃纖維最終會融化,但也具有很高的耐高溫性。當(dāng)然,磨砂玻璃纖維用于建筑物中也可以提高耐火性。
碳纖維和Kevlar?用于制造防護性的消防或焊接毯子或衣服。Kevlar手套通常用于肉類行業(yè),以在使用刀時保護手。由于纖維很少單獨使用,因此基體(通常是環(huán)氧樹脂)的耐熱性也很重要。受熱后,環(huán)氧樹脂會迅速軟化。
碳纖維可以導(dǎo)電,但Kevlar?和玻璃纖維不導(dǎo)電。Kevlar?用于輸電塔中的拉線。盡管它不導(dǎo)電,但它可以吸收水,并且水確實可以導(dǎo)電。因此,在此類應(yīng)用中,必須在Kevlar上施加防水涂層。
因為碳纖維可以導(dǎo)電,所以當(dāng)它與其他金屬部件接觸時,電偶腐蝕就成為一個問題。
芳綸纖維將在陽光和高紫外線環(huán)境下降解。碳纖維或玻璃纖維對紫外線輻射不是很敏感。但是,一些常用基體如環(huán)氧樹脂保留在陽光下,它將發(fā)白并且失去強度,聚酯和乙烯基酯樹脂對紫外線的耐受性更高,但比環(huán)氧樹脂要弱。
如果零件反復(fù)彎曲和拉直,則最終會由于疲勞而失效。碳纖維對疲勞有些敏感,并且往往會災(zāi)難性地失效,而相比之下Kevlar?更耐疲勞。玻璃纖維則介于兩者之間。
Kevlar?具有很強的耐磨性,這使得它難以切割。Kevlar?的常見用途之一是用作防護手套,用于可能被玻璃割傷手或使用鋒利的刀片的區(qū)域。碳纖維和玻璃纖維的抵抗力較弱。
芳綸纖維對強酸、強堿和某些氧化劑(例如次氯酸鈉)敏感,這些會導(dǎo)致纖維降解。普通的氯漂白劑(例如Clorox?)和過氧化氫不能與Kevlar?一起使用,氧漂白劑(例如過硼酸鈉)可以使用而不會損壞芳綸纖維。
碳纖維非常穩(wěn)定,對化學(xué)降解不敏感。但是,環(huán)氧基體會降解。
為了使碳纖維、Kevlar?和玻璃發(fā)揮最佳性能,必須將它們在基體中(通常是環(huán)氧樹脂)保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。因此,環(huán)氧樹脂和各種纖維粘結(jié)在一起的能力至關(guān)重要。
碳纖維和玻璃纖維都可以很容易地粘在環(huán)氧上,但是芳綸纖維-環(huán)氧鍵的強度不如所愿,這種降低的粘附力使水滲透發(fā)生。結(jié)果,芳綸纖維易于吸水,加上對環(huán)氧樹脂的不理想粘合力,這意味著如果kevlar?復(fù)合材料的表面被損壞并且水可能進入,那么Kevlar?可能會沿著纖維吸收水分,并且削弱復(fù)合材料。
芳綸的自然狀態(tài)為淺金色,它可以是彩色的,并且現(xiàn)在有許多不錯的色調(diào)。玻璃纖維也有彩色版本。碳纖維總是黑色的,可以將其與有色芳綸混紡,但其本身不能著色。
文章來源于碳纖維及其復(fù)合材料技術(shù)
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